Самые маленькие в мире компасы

Поразительные открытия, проливающие свет на то, как бактерии могуть ощущать направление движения

Автор: Маргарет Хэлдер (англ. Margaret Helder)
Источник: creation.com
Перевод: Мария Лицкан (origins.org.ua)
Редактура: Владимир Силенок, Татьяна Юревич

Любители гулять на свежем воздухе согласятся со мной, что нет ничего сравнимого с запахом грязи со дна водоёмов и болот. Вдыхание этих характерных ароматов наводит на мысль о весёлом приключении, как, например, застрявшее в грязи каноэ. Грязь, с ее неприятным запахом и консистенцией, напоминающей клей, является редкой в веселых путешествиях. Большинство из нас предпочитает даже не прикасаться к этим отложениям и не выпускать содержащиеся в них газы.

Однако некоторые люди строят свою карьеру, изучая организмы, которые обитают в пахучей болотистой грязи. Ричард Блекмор (Richard P. Blakemore) был одним из таких учёных. Как выпускник  Университета штата Массачусетс, летом 1975 года он занялся собиранием бактерий из грязи болот, расположенных вдоль Атлантического побережья. Собрав вонючие образцы грязи после каждой экспедиции, он возвращался в лабораторию для того, чтобы выращивать культуры бактерий в этих образцах.

Один штамм бактерий отреагировал очень неожиданно.  Независимо от того, в какой окружающей среде находились эти организмы, они всегда плыли в северном направлении и всегда скапливались на северном краю капельки, находящейся на предметном стекле микроскопа. Блекмор заинтересовался, могли ли эти организмы (размером около двух тысячных миллиметра в длину и около четверти этого в ширину) определить магнитный север.

На микроскоп был помещён стержневой магнит, таким образом, чтобы он преобладал над действием магнитного поля Земли. Бактерия и вправду изменила направление, плывя на северный край магнита. Этим простым исследованием Блекмор открыл новую область изучений в биологии: навигация организмов с помощью магнитных сигналов.^[1] Существует доказательство того, что не только многие бактерии, но также и некоторые морские водоросли, насекомые, слизняки и голуби способны использовать сложные магнитные компасы.

Эволюционистам обычно не нравится идея того, что живые существа демонстрируют настоящий «дизайн» или «замысел» — потому, что это подразумевает существование Бога, всезнающего Творца. Они предпочитают верить в то, что организмы появились сами по себе, с помощью процессов, которые не направлялись разумом. Обычно они говорят, что организмы „адаптировались”, а не что они были сотворены. Несмотря на это, известный эволюционист Стивен Джей Гулд  отметил, что новые бактерии, обладающие магнитными свойствами, являются «поразительным примером хорошего дизайна: организм, который строит изящную систему внутри своего собственного тела. Этой системой является магнит; а организм — “низшие” бактерии».^[2]

Начиная с 1975 года культуры из более чем дюжины видов бактерий выявили реакцию на магнит. Грязь, взятая из среды пресной и морской воды, также как и из очистительных канализационных водоёмов, содержала такие одаренные микроорганизмы.

Какие удивительные механизмы содержат в себе магнитные бактерии! Магнит в этих крошечных клетках состоит приблизительно из двадцати округленных объёмных частиц, расположенных в линию вдоль длинной оси клетки. Размер каждой частицы примерно 50 нм (нанометров) с каждой стороны (нм это 10^-9м или одна миллионная миллиметра). Эти частицы не только соответствующего размера, подходящего для их клеток-хозяев, но с точки зрения физики они представляют собой единственную конструкцию, которая при таком маленьком масштабе работала бы как магнит.

Эти частицы состоят из вида оксида железа, называемого магнитным железняком или магнетитом. В лаборатории трудно создать частицы магнетита такого маленького размера. Биологи не знают, как именно бактерии достигают такой точности.

Каждый, кто когда-либо смотрел через микроскоп на маленькие объекты, пребывающие в воде, не мог не заметить, что все они находятся в постоянном вибрирующем движении, даже в живых клетках. Это «броуновское» движение имеет место из-за случайного столкновения молекул, и чем они теплее, тем быстрее они движутся.

Однако частицы магнетита не должны подвергаться столкновениям Броуновского движения, иначе не было бы магнитной ориентации. Таким образом, каждая частица должна быть способна точно ориентироваться по направлению к магнитному полю Земли.

Какое преимущество получает бактерия от своей способности плыть в северном направлении, кроме всех этих интересных особенностей? Биологи полагают, что эта способность может обеспечивать механизм, который даёт возможность бактерии ориентироваться в пространстве. Большие организмы знают, где они находятся по отношению к земной поверхности, так как в этом им помогает гравитация. Однако, из-за своего маленького размера бактериям сделать это намного сложнее, потому что  сила гравитации очень слаба по сравнению с другими силами, такими как, например, поверхностное натяжение.

В северном полушарии магниты не только указывают направление северного магнитного полюса (на горизонтальной оси), но стрелка компаса также наклоняется вниз. Чем севернее мы находимся, тем более крутым становится наклон стрелки магнита. На северном полюсе такие магниты указывали бы в противоположном направлении, т.е. вверх. Однако на экваторе магниты не приносят им пользу.

Эти бактерии, по всей видимости, используют компасы для того, чтобы плыть вниз вглубь осадков. Большинство этих организмов могут переносить недостаток или даже полное отсутствие кислорода в окружающей среде. Обычно содержание кислорода понижается по мере продвижения вглубь грязи. Магнитный сигнал даёт возможность этим организмам продвигаться вниз, подальше от повышенной концентрации кислорода. Этот феномен является необычным и сложным решением распространённой проблемы для микроорганизмов.

Это одно из чудес природы, о существовании которого всего лишь несколько лет назад мы не могли  и предположить.

Дары и таланты, дарованные каждому созданию, соответствуют их роли в природе и экологическим требованиям. Как прекрасен их Создатель!

Ссылки и примечания

1. Blakemore, R.P., and Frankel, R.B., Magnetic Navigation in Bacteria, SciAm 245 (6): 58–65, December 1981.
2. Natural History 88:25, November 1979.